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冰蓄冷是利用冰的熔解热进行蓄冷,因此蓄冷密度较水蓄冷大,相同蓄冷能力的蓄冰槽与蓄水槽之体积比1:8〜10。与水蓄冷相比,冰蓄冷系统的优点是:蓄冷密度高,使用蓄冷槽体积较小;温度稳定,便于控制。
常见的冰蓄冷系统形式:
1、冰球式(IceBall):将溶液注入塑胶球内但不充满,预留一膨胀空间。将塑料球放入蓄冰罐内,再注入冷水机组制出的低温乙二醇水溶液,使冰球内的溶液冻结起来。融冰时,让从空调负荷端流回的温度较高的乙二醇水溶液通过冰罐内塑胶球将冰球内的冰融化而释冷。
2、完全冻结式(Total-Freeze-Up):是将塑料或金属管伸入蓄冰筒(槽)内,管内通以冷水机组制出的低温乙二醇水溶液(也称二次冷剂),使蓄冰筒内90%以上的水冻结起来。融冰时,让从空调负荷端流回的温度较高的乙二醇水溶液通过塑料或金属管内部,将管外的冰融化而释冷。
冰蓄冷空调系统是怎样运行的?
夜间,冷水机组保持乙烯乙二醇溶液在-3°C〜-4°C运行,此时的乙烯乙二醇溶液会在机组与冰筒的热交换之间对流,慢慢的将冰筒内的水结成冰块。在制冰运行时,乙烯乙二醇溶液是不通过空气处理机组的。
日间,由冷水机组回来的11C部分溶液通过冰筒冷却至1C;另一部分11C的溶液则与冰筒出来的1C溶液混合在一起而成为6C,再而进入空气处理机组,约在13C离去。设定在6C的三通控制阀操作此混合状态。空气处理机组将24C的空气冷却到13°C(常温系统)。春秋季的日间,可以随意由冷水机组或蓄冰筒提供建筑物的全部冷量。
市场应用较成熟的有盘管式、冰球式、冰晶式。
盘管式特点:蓄冷及放冷过程稳定,水力管网易于平衡。蓄冰及融冰速度较慢;盘管管道较细,流动阻力大。
冰球式特点:设备结构简单,阻力小,技术要求低。蓄冰及融冰速度较快。缺点:冰球需密集堆放,会造成冰球外冷媒水的流量不均及旁通,易引起传热的不稳定,冰球间反复挤压影响寿命。
蓄冰装置中使用塑料换热管与金属换热管之比较
金属管的导热系数比之塑料管要大很多,但是,在对冰筒的影响方面,这只是一个并不重要的方面。
如果对蓄冰筒的整体换热效果进行考虑,会发现绝大部分热阻(也即影响结冰/融冰的根本原因)
是在蓄冷材料方面,即水这一侧。换热盘管材料本身对于总热阻的影响非常之小。
高灵已经公布了在多种条件下蓄冰筒蓄冷/释冷的运行性能数据。这些数据都是由实际测量得出的结果,而不是由模拟或计算所得。可以完全参考这些测试结果去评价材料不同所导致的结果。
传热不仅取决于盘管材料本身的导热系数,而且和换热面积有关。这也是高灵冰筒要在190型蓄冰筒中使用长达4300米塑料盘管的原因。高灵蓄冰筒中结冰厚度平均只有12mm
除了换热面积和材料性质外,冰筒中的传热还和盘管中液体流动状态及盘管粗细、盘管间距等因素有关。
如果把高灵产品和其它产品的制冰温度进行比较,会发现在多项能效指标中,高灵产品是最高的。要知道,正是结冰过程决定了效率以及制冷机的运行费用。
高灵冰筒盘管中的逆流设计(相邻管中的液体流动方向相反),保证了全长度盘管都是有效换热面积。
最后一点,正确的选择塑料材质以及优化的设计确保了高灵冰筒中的盘管有极好的防腐蚀性能。蓄冰产品采用金属盘管换热器的设备,其对水质的处理有很严格的规定,这是为了防止25%的乙烯乙二醇溶液对金属管道的腐蚀。而高灵产品对此无特别要求。
制冰方式
主要优点
主要缺点
水与冷媒直
接热交换方

热交换效率高;生成冰激凌式冰,融冰过程负荷跟随性好。
水与***利昂反应生成腐蚀性气体腐蚀管壁
静态制冰
易于实现。
随着制冰量的增加,水与冷媒之间的换热热阻增大,换热效率降低,制冷机工况变坏
水溶液动态
制冰
制冰过程中一直保持较咼的热交换效率,制冷机运行在较佳工况;生成冰缴凌式冰,融冰过程负荷跟随性好。
水溶液价格较昂贵;水溶液中细菌易于繁殖;随着制冰量的增加,水溶液浓度升高,相变温度降低,制冷机蒸发温度降低,工况变坏。
过冷水动态
制冰
同上
运行不稳定,容易发生冻结。
蓄冰筒与金属方箱型蓄冰槽的比较
能效
方箱型蓄冰筒中的结冰厚度平均为30mm(产品如BAC),。若冰筒的结冰厚度较厚,则需要更低的蒸发温度及更长的制冰时间,从而导致机组效率及储能效率较低。
导热系数/运行压力
方箱型蓄冰桶中盘管材质为聚丙烯材料(产品如FAFCO),其导热系数仅为高灵冰筒中使用的Polythylene的1/3〜1/4,这势必影响其蓄能效果。此外,聚丙烯材料的最大承受压力为3〜4bar,高灵冰筒可达6bar。暖通百科
冰体积测量
换热盘管置于直接蒸发式蓄冰槽中时,经过多次蓄冰/释冰循环后,会产生残留冰,不能完全融解。这样,在槽中靠上的盘管附近,会有管外水流短缺现象,从而影响运行效果并导致蓄冰体积测量的误差。
空气搅动
高灵蓄冰筒采用专利逆流设计,全部换热盘管的表面都被充分利用,无需空气搅拌器。空气搅动不仅需要额外耗能以驱动风机,而且会引入热空气而抵消一部分蓄存的冷量。
技术参数的可靠性
高灵公布的技术参数已经通过了多家官方实验室的检测。
盘管与封装式/冰球系统的比较
能效
,100mm直径的冰球其结冰厚度为50mm。,较厚的结冰厚度需要更低的蒸发温度,也就意味着降低储能效率和增加运行费用。
蓄冰率
冰球系统的冰与蓄冰容器体积比只有65%。另外,一个冰球中只有85%的体积充注为水,其余空间留作水结冰膨胀之用。这样,为达到相同的蓄冰量,冰球式系统就需要更多的空间。
运输重量
冰球在出厂前就需灌装水,所以,运输的重量要大很多。
融冰不均衡
冰球外的乙二醇溶液流动状况随冰罐形状的不同而有所不同。结了冰的冰球容易漂浮起来,而球外液体会从阻力较小的通路流过,这就造成了运行效果的不确定性,在水平放置的冰罐中尤甚。
乙二醇消耗量
冰球式蓄冰罐中35%的体积是乙二醇溶液,相比之下,高灵冰筒中只需要占总体积5%的乙二醇溶液。故此,冰球式系统的初投资要大很多。
蓄冰量的测量
冰球在结冰时体积并不膨胀,所以无法确定结冰的多少,也不能安装能量控制系统。
需分别购买冰球、冰罐和冰罐内的配水管,然后在现场组装和保温。冰罐制造需要大量钢材和大量的现场焊接工作,工期较长。
一项工程需用数万个冰球,每年需抽检一部分,也不容易检查出冰球有无泄漏。
冰蓄冷空调系统的运行策略有哪些?
全部蓄能与部分蓄能
全部蓄冷就是白天不开冷水机组,夜间冷水机组工作,将白天建筑物所需的冷负荷由冷水机组制成冰并贮存起来,到第二天,把夜间生产的冰经融化放出冷量来满足建筑物冷负荷的需要。这种方式常常用于改造工程中利用原有的冷水机组,只需增加蓄冷设备和有关的辅助装置。
在新建的建筑中,部分蓄能系统是最实用的,也是一种投资有效的负荷管理策略。在这种负荷均衡的方法中,冷水机组连续运行,它在夜间制冷并蓄存,在白天利用蓄存的冷量和制冷机共同为建筑物提供冷量。
将运行时数从14小时扩展到24小时,可以得到最低的平均负荷需电量,费用大大地减少,而且冷水机组的制冷能力也可减少50—60%或者更多一些。
原则上说,对于设计日尖峰负荷远大于平均负荷,则系统宜采用全部蓄冷;反之,对于设计日尖峰负荷与平均负荷相差不大时,宜采用部分蓄冷。全部蓄冷式系统的投资较高,占地面积较大,除个别建筑物外,
一般不宜采用;而部分蓄冷式系统的初投资与常规空调系统相差不大。
冰蓄冷空调系统的配置形式有那些?
冰蓄冷系统的配置合适与否直接关系到蓄冷系统的运行效果。合理可行的系统配置将会得到稳定可靠的系统工作效能。最终保障建筑物空调系统的正常供冷使用要求。冰蓄冷的配置形式有两种:
并联系统
制冷机组与蓄冰设备并联连接,二者的入口溶液温度相同,能均衡发挥制冷机组和蓄冰设备的效率,适合于常规末端系统。在并联方式下,制冷机组与蓄冰设备分别处于相对独立的环路中,操作控制简单灵活,系统节能效果更为显著,对所有类型冷水机组均适用。
串联系统
制冷机组与蓄冰设备串联,系统的乙二醇温差可达8〜10°C,并提供2〜3°C冷冻水,适用于大温差送水系统及低温送风系统。
蓄冰介质为何采用乙烯乙二醇?
乙烯乙二醇溶液或盐水仅作为低温低热介质,在蓄冰筒和成套的冷水机组之间,或在冷却排管和蓄冰筒或冷水机组之间传递热量。乙烯乙二醇溶液的采用使系统不会冻结,不需大量充注冷媒,以及避免制冰设备的漏损。暖通在线
盐水蓄冰筒是使低温盐水通过聚乙烯管道循环,PE管盘绕在绝热的聚氨酯筒内。通过乙烯乙二醇在管内循环使周围水结成冰或使冰融化,经过相变的水留在筒内。由于管子周围没有水进行循环,冰筒会冻成固体,这种冰筒不存在用空气泵搅拌的问题。这种结构的盐水蓄冰桶是一个密封系统,和成套制冷设备或汽车蓄电池很相似。
盐水蓄冰桶的传热面积是冷媒蓄冰时传热面积的4—5倍。扩大了传热面积,使盐水温度靠近制冰的温度。
离心式和螺杆式冰水机组生产-5度至-3度的盐水,很适合实际应用。离心式冷水机组在低温应用方面如食品加工、化妆品、药品、洁净室等其它工业方面的应用,当然也包括溜冰场,都收到了良好的效果。
如何决定制冰时间?
如何决定制冰的时间。可供制冰的时间不仅是低峰时间,如果电力公司不能提供低廉的电价,任何时间均可以生产冰。制冰不要和建筑物空调冷却的用电时间相同。如低峰时能提供廉价的电价,尽可能将空调冷却负荷推迟到低峰,则可得到更多的节省。
制冰可在电需求低的时间开始,制冰的冷水机组可以不供给冷负荷,或可以供给少量的冷负荷。制冰循环的起始时间的控制,一般是在黄昏当建筑物关闭时开始。当电力需求达到高峰之前冰筒满载。制冰循环的停止或根据舒适冷却的要求冷水机组开始工作,或蓄冰筒完全结冰,无论那一个首先发生均可。
根据蓄冰筒的设计来决定冰的实际生产量的方法很多。水结成冰时体积膨胀,测量蓄冰筒的水位可以得出制冰的百分比。结冰后传热效率降低,离开蓄冰筒的乙二醇溶液温度降低,当蓄冰筒出口处乙二醇溶液温度达到预定的温度时停止制冰。
常见的融冰方式有哪些?
常见的融冰办法有:冷水机组优先供给、蓄冰优先供给和限定需求量。
冷水机组优先供给:冷水机组优先供给负荷系统是:冷水机组和其下游的蓄冰筒串联。冷水机组和蓄冰筒上的调节阀安置在冷却的乙二醇管道上指定位置。由于冷水机组位于上游,故先进行制冷。冷水机组能满足负荷要求时,蓄冰筒则处于旁路,只有当冷水机组不能满足负荷时才用冰补充。冷水机组优先供给负荷是最简单的融冰途径,它始终需要提供稳定可靠的控制。当回流的乙二醇温度最高时,冷水机组功率最大。由冰来承担部分负荷可仅通过冷水机组温度的调整而得到改变。在这种装置中,只有当高峰负荷时冰才融化。它不适合于低峰时使用。如果白天和夜间电费相同,制冰比制冷更昂贵,因此蓄冰只在确实需要减少电力需求,或电力需求不敷使用时才采用。
冰优先供给负荷:冰优先供给负荷系统是蓄冰筒和其下游的冷水机组串联。冷水机组和蓄冰筒上的调节阀都安置在冷却的乙二醇管道上指定位置。由于蓄冰筒位于上游,故首先承担负荷。当蓄冰能承担负荷时,冷水机组停止工作。只有在蓄冰冷量不满足负荷时,冷水机组才进行补充。冰优先供给负荷能始终提供稳定可靠的控制。由冰承担部分负荷时,可通过改变调节阀的位置得到调整。由于冰首先承担负荷,冰的消耗量很大。冰优先供给负荷也适用于低温送风系统,由于出口的较低温度的乙二醇是由冷水机组保证的。
限定需求量:限定需求量是指在电网高峰时,限制冷水机组的用电需求。限定需求量系统是把冷水机组和蓄冰筒并联,两个冷源:冰或者冷水机组均可在上游。限定需求量系统具有以上两种装置的优点。只要允许设计中存在把两个冷源中任何一个置于下游的灵活性。建筑物的自控系统调节冷水机组承担的负荷。青确控制的冷水机组能最大限度地提高蓄冰容量和最大限度地降低电力需求。把白天耗冰量提高到最大,此系统就可以从低峰耗电量中获得最大限度的节省。限定需求量系统的控制离不开建筑物的控制。
蓄冰系统的控制
冷水机组的控制
冷水机组的控制是此类型蓄冰系统的一种关键。全部蓄冰系统和多样的冷水机组系统仅在一个温度下制冷。在冷水机组在一种情况选出和运行,辅助的冷水机组的控制可以不要。但是部分蓄冰系统要求冷水机组既作为制冰设备又作为常规的冷水机组。制冰的开始和结束都需要自动控制。制冰周期是在白天工作开始以前进行,在制冰过程中,冷水机组由蓄冰筒来控制。蓄冰筒必须大于冷水机组的制冰能力,这才能使冷水机组在最大限度制冰能力下运行,不希望无论是离心式还是螺杆式冷水机组在制冰时间卸载。制冷周期的结尾,如冰的厚度达到其最大值,冷水机组的出口溶液温度和冷水机组的温差是较低的。冷水机组必须在最后状况下安全运行。这种方式对制冰来说冷水机组的温度不需要控制。在制冰周期内,冷水机组在最大限度能力情况下运转。冷水机组的控制仅仅是开停冷水机组。当冰筒中蓄满冰时制冰停止,低峰结束若继续制冰会干扰建筑物的需求控制及舒适空调。何时冰筒再装载,有几种方法可以确定,最简单的方法是由冷水机组控制所得到的反应更快,由于电动机电流过载而引起断路。
蓄冰筒的控制
改变溶液通过蓄冰筒的流量可控制蓄冰系统的排放率(溶解水)这可由三通混合阀或调节阀来控制。此阀门可混合冷溶液和旁通蓄冰筒温度较高的溶液以维持出口溶液温度。冻结周期中,所有溶液直接通过冰筒,此情况下冰筒是一个热源。
热交换器的控制
在冷冻水系统中可安置冷水机组的地方即可安装热交换器。在大吨位系统或部分蓄冰系统中,蓄冰系统只是几种冷源中的一种,热交换器的安装位置要保证于与其他冷源的一致性。
热交换器容量的控制有下列几种方法:
冷冻水流量
乙二醇溶液流量
冷冻水温度
乙二醇溶液温度
乙二醇溶液管道或冷冻水管道的三通混合阀用于冷量控制,在冻结周期时,乙二醇溶液管道上的旁通阀可防止接近冻结温度的溶液进入热交换器。此阀也可控制热交换器的冷量。三通阀通过变化送入热交换器乙二醇溶液的流量达到控制热交换器容量的目的。
热交换器冷量也可通过控制冷冻水温度及流量达到。当进入热交换器回水温度升高,热交换器的冷量由热交换器和冰筒相混合的温度来确定。乙二醇溶液的温度决定热交换器的最大冷量。溶冰周期内乙二醇溶液温度在0°C〜7°C之间变化。如果控制误差近似值2°C,则热交换器出口冷冻水温度在2°C〜9°C之间。该温度均在正常舒适空调应用范围之内。这样看来热交换器的控制也许并不需要,然而,如果对于控制策略来说,溶化量是关键的,那么一些形式的制冰量控制也是需要的。
目前国内外动态制冰的方法大致有以下几种:
1•具有机械刮板装置的制冰法:制冰主要部件是蒸发器用的冰筒,冰筒设计成内
外套筒结构,制冷工质在内筒和外筒之间蒸发。在内筒中装有可旋转的机械刮板,有独立点击驱动,刮板紧贴内壁转动挂下冻结在筒壁上的冰层或冰晶,桶内的载冷剂可以用淡水也可以用盐水(或海水)。用淡水制冰,淡水由设在内筒上方的喷嘴喷入,制冷剂与载冷剂通过内筒壁换热,使载冷剂温度迅速降低,在内筒壁上方结成薄薄的冰层,然后利用旋转的刮板刮下后形成冰片。用这种方法制冰可获得动态片冰,制冰过程连续,制冰量大,制冰设备技术也比较成熟。制冰机蒸发温度一般在T5~30,较低的蒸发温度可使冰粒具有较大的过冷度,减小输送
过程中冰融化损失,而且便于输送。目前孙村矿所采用的就是这种制冰方式,也可以用这种制冰方法获得冰水混合物的冰浆,盐水(或海水)制冰,盐水(或海水)由内筒下方进入,形成的流冰由上方输出。流态冰的含冰量通常在30%~60%之间,可根据盐水浓度和蒸发温度进行调整。用这种制冰方法可获得冰水混合物――冰浆,其流动性好,便于管道输送。这种制冰工艺要求制冰筒内筒为圆形,内筒材料可用钢板或不绣钢板,对内筒的光洁度,以及机械刮板装置的安装精度要求较高。
2•以水为制冷工质的压缩制冷制取流体冰的方法:以淡水为制冷工质,同时也是制冰原料,采用透平式压缩机(实际上是抽真空)制冷,使水在底压环境下通过闪发式蒸发器蒸发,最低温度可达-3,在低于0时水中有冰晶生成。由于水在低温时比容较大,实际上用这种方法制取的流体冰含量通常很低。该制冰方法的关键设备是透平式压缩机,透平式压缩机生产工艺复杂,价格较高。国内尚未见改种方法的报道。
滑落式片冰冰蓄冷空调技术
融冰性能:滑落式片冰系统融冰特性较好,融冰时冰与水直接接触,片状冰具有极大的表面积,换热效率高,同时冰融化后的水直接进入循环系统,循环系统的出水实际上取自冰水混合物的水,在融冰初期和终期均可保持恒定的出水温度。运行策略更灵活,最大限度降低运行费用。
能效比高:滑落式片冰系统制冰时由于没有乙二醇中间换热环节,制冷剂与水直接换热结冰,机组蒸发温度高,制冰时的效率高。由于制冰的效率高,制取相同冷量的冰所消耗的电能少,进一步降低了用户的运行费用。给用户创造了经济效益(少支出就是收益)机组制冰耗电:/RTH。
蓄冰量增加容易:不增加制冰装置的费用,只需增加蓄冰槽的容积,就可以增加蓄冰量,增加的投资少,效果显著。可以很方便地利用双休日夜间的电力廉价时间加大蓄冰量,减少运行费用,实现周蓄冰。
过冷水动态制冰:将控制在非常稳定流动状态下的水通过过冷却器被冷却至过冷状态(低于0)而不让其结冰,然后高速喷出蓄冰槽,在蓄冰槽中,通过过冷解除装置,如让流动的过冷水与挡板或器壁等固体表面或两部分过冷水之间发生激烈冲击,突然增加其扰动,破坏过冷状态,使之析出冰晶颗粒成为冰水混合物,冰的密度小于水的密度,而浮在蓄冰槽中,水被水泵吸入重新进入过冷器,进行制冷循环。通过安设在蓄冰槽内的不锈钢流亡的微小冰晶在进入过冷器之前被微小冰晶消除器消除。日本对该种制冰方法做出了大量研究,目前该技术可达到-3左右,处于领先地位。但这种制冰方法至今还不成熟,尚未广泛推广到实际应用中去。由于过冷状态是水的亚稳定状态,现有的技术还不能保证其绝对的稳定存在,很容易受到扰动二发生结冰冻结管道,过冷却器内频繁结冰,频繁融冰,将使得系统的可靠性和用能效率下降。
5•真空制冰法制冰:在一个密闭的容器内,通过不断的抽出含有盐分的水蒸气,达到沸腾与凝结同时存在的三相点状态。在该状态下,冰、液态水和水蒸气共存,通过不断搅拌,冰泥可持续不断的产生。就一般情况而言,,约需抽放1Kg的水蒸气。丹麦技术研究所(DTI)开发了真空制冰晶机,用水制冷剂制取冰晶。
优化设计
系统在两大时间段内工作,即在用电低谷段制冰,在用电高峰段利用主机和融冰供冷。在制冰模式下,冷水机组将工作在低的设定点,产生-°C(可调)的乙二醇溶液通过蓄冰装置,使蓄冰内盘管的外壁结冰并储存;在供冷模式下,(可调),。
设计日的控制
在设计工况下(冷负荷大),在冷负荷高峰时段内冷水机组的容量不能满足节能楼的需要,通过融冰来补充冷量。这时双工况主机在空调制冷工况下运行,满足大楼部分冷负荷的需要,其它的负荷由融冰满足。
非设计日的控制
冷负荷相对较大时(负荷为设计负荷的50%以上),冷水机组的冷量将受到限制,从而产生融冰优先操作模式。在这种模式下,这期间融冰首先满足大楼部分冷负荷的需要,其它的负荷由双工况主机在空调制冷工况下满足。一般控制系统根据以往的日建筑冷负荷分布图,加上预报的温度来决定当天的预测性负荷图,来决定当天的运行策略。如果根据模拟软件输入第二天的实际天气情况,可以模拟出第二天的逐时负荷,来决定哪种工作模式,使晚上低谷蓄冰的冷量全部用完,避免浪费;同时以末端空调冷负荷、主机的出口温度、主机的滑阀位置来
决定在当天的哪一时段关闭已运行的部分主机使主机的制冷量达到额定容量的60%以上。
当冷负荷相对较小时,根据模拟结果,供冷负荷在50%以下,该节能楼所需要的空调冷负荷全部由融冰方式提供,不需要开启主机。